JPH0244006B2 - - Google Patents
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- JPH0244006B2 JPH0244006B2 JP57029786A JP2978682A JPH0244006B2 JP H0244006 B2 JPH0244006 B2 JP H0244006B2 JP 57029786 A JP57029786 A JP 57029786A JP 2978682 A JP2978682 A JP 2978682A JP H0244006 B2 JPH0244006 B2 JP H0244006B2
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Classifications
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- G—PHYSICS
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- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/02—Rotary gyroscopes
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- G01C19/28—Pick-offs, i.e. devices for taking-off an indication of the displacement of the rotor axis
-
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
1 発明の分野
本発明は一般に主機軸まわりの航空機の回転レ
ートを測定する複数のストラツプダウン作用力再
平衡ジヤイロスコープレート感知装置を、そのよ
うな測定値から航空機の安定化および姿勢データ
を計算する装置とともに備えているタイプのジヤ
イロスコープ基準装置に関するものである。典型
的なストラツプダウン装置は「スキユー軸2自由
度レートジヤイロを使用している航空機用ストラ
ツプダウン姿勢および機首方位基準装置
(Strapped down Attitude and Heading
Reference System for Aircraft Employing
Skewed Axis Two Degrre of Freedom Rate
Gyros)」と称しスペリー社に譲渡された米国特
許4212443号に開示されている。より詳細には本
発明は2自由度レート感知装置用の改良されたト
ルクフイードバツク制御装置に関するものであ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention generally relates to a plurality of strap-down force rebalancing gyroscopic rate sensing devices for measuring the rate of rotation of an aircraft about a main axle. It relates to a gyroscope reference device of the type included with a device for calculating stabilization and attitude data of an aircraft. A typical strap-down device is an aircraft strap-down attitude and heading reference device that uses a skew-axis two-degree-of-freedom rate gyro.
Reference System for Aircraft Employing
Skewed Axis Two Degrees of Freedom Rate
No. 4,212,443, assigned to Sperry Corporation. More particularly, the present invention relates to an improved torque feedback control system for a two degree of freedom rate sensing system.
2 先行技術の説明
航空機および宇宙船用ストラツプダウンジヤイ
ロスコープ慣性基準装置はジヤイロスコープ航空
機制御装置技術の当業者には周知であり、それに
基く多くのレートジヤイロの構成および制御装置
が広く文献に記載されている。一般にこのような
装置は乗物にストラツプされその主軸まわりの乗
物の角速度を測定する複数のレート感知装置を備
えており、この測定値は乗物の加速および機首方
位測定値とともにデジタル計算機に与えられて航
空機の安定化、制御、航法あるいは誘導に使用す
る出力データを発生する。ジヤイロは機体にスト
ラツプされているためレート感知装置は好ましく
は作用力すなわちトルク再平衡タイプのものであ
る。すなわちジヤイロは、ジヤイロピツクオフ信
号をその信号値を実質的に零に保つ態様でジヤイ
ロトルカにフイードバツクすることによつてその
支持ケースにほぼ整合して保たれ、それに必要な
トルカ電流はレートジヤイロによつて感知されて
いるレートの測定値である。このタイブの典型的
な2自由度レート感知装置は1970年9月22日発行
のT.R.Quermannによる米国特許3529477号「ジ
ヤイロスコープローターサスペンシヨン
(Gyroscopic Rotor Suspension)」および1980
年2月26日発行のC.G.Buckley,J.A.
Kiedrowskyによる米国特許4189948号「自由ロ
ーターフレクシヤーサスペンデツドジヤイロスコ
ープ用永久磁石トルカ(Permanent Magnet
Torquer for Free Rotor Flexure Suspended
Gyroscopes)」に開示されており、この両発明は
スペリー社に譲渡されている。ジヤイロスコープ
レート感知装置の最終出力は利用できるデジタル
計算機技術の要件に適合していなければならない
ことがわかるだろう。2 Description of the Prior Art Strap-down gyroscope inertial reference systems for aircraft and spacecraft are well known to those skilled in the gyroscope aircraft controller art, and many rate gyro configurations and controls based thereon are widely described in the literature. There is. Such devices typically include a plurality of rate sensing devices strapped to the vehicle to measure the vehicle's angular velocity about its principal axis, which measurements are fed into a digital computer along with vehicle acceleration and heading measurements. Generates output data used for aircraft stabilization, control, navigation, or guidance. Since the gyro is strapped to the fuselage, the rate sensing device is preferably of the force or torque rebalancing type. That is, the gyro is kept substantially aligned with its supporting case by feeding back the gyro pick-off signal to the gyro torquer in a manner that maintains its signal value at substantially zero, and the torquer current required to do so is applied to the rate gyro. It is therefore a measure of the rate being sensed. Typical two-degree-of-freedom rate sensing devices of this type are U.S. Pat.
CGBuckley, JA, published February 26, 2017
U.S. Patent No. 4,189,948 by Kiedrowsky, “Permanent Magnet Torque for Free Rotor Flexure Suspended Gyroscopes”
Torquer for Free Rotor Flexure Suspended
Gyroscopes), and both inventions are assigned to the Sperry Company. It will be appreciated that the final output of the gyroscope rate sensing device must meet the requirements of available digital computer technology.
デジタル計算機に適合するジヤイロスコープレ
ート感知装置の出力を発生する装置は1980年9月
16日に発行されたスペリー社に譲渡された
Arnold R.Allenによる米国特許4222270号「ジヤ
イロスコープレート航続距離切替および制御装置
(Gyroscope Rate Range Switching and
Control system)」に開示されている。Allenの
特許は主機軸まわりの機体レートを感知する複数
の作用力平衡ジヤイロレート感知装置を使用して
いるストラツプダウン慣性ジヤイロスコープ基準
装置において有用なパルス幅変調タイプのアナロ
グ/デジタル交換装置を開示しており、ここでジ
ヤイロトルカフイードバツク電流は感知された機
体レートに精確に比例して保たれそれに比例する
精密デジタルカウントが望まれる。本発明はトル
カに与えられる電流に比例する精密デジタルカウ
ントを発生するデジタル計数技術を取り入れてい
る。このようなカウントは高周波クロツクを使用
して対応するジヤイロスコープの誤差信号の振幅
に比例してパルス幅変調された低周波矩形波を量
子化することによつて発生され、該矩形波はジヤ
イロトルカコイルに与えられる零化フイードバツ
ク電流の大きさを決定する。単方向デジタルカウ
ンタは同じ矩形波によつて同期して作動され、ま
た同じ高周波クロツクを使用してカウンタクロツ
キング周波数を発生するのでそのカウンタ出力は
基準カウントに比較してジヤイロトルカに与えら
れる電流に対応し従つて感知レートに対応する所
望のデジタル数である。ジヤイロトルカに与えら
れる精密電流はVMOSパワー切替トランジスタ
回路によつて制御される。特に正負の極値でパル
ス幅変調矩形波電流の立上りおよび立下りに関連
した変移の悪影響は変調器のデユーテイサイクル
の始めと終りで保護帯域パルス対を使用すること
によつて除去され、該パルスは予想して使用され
てトルカ電流の立上りおよび立下りを制御しカウ
ンタをブランクにしよつて切替時間のカウントの
不確実性を除去し不規則なトルク過渡電流がトル
カに与えられないことを確実にする。 A device that generates the output of a gyroscope rate sensing device compatible with a digital computer was introduced in September 1980.
Transferred to Sperry Co., published on the 16th.
U.S. Patent No. 4,222,270 to Arnold R. Allen, Gyroscope Rate Range Switching and Control
control system). The Allen patent discloses a pulse-width modulation type analog-to-digital switching device useful in a strap-down inertial gyroscope reference device that uses a plurality of force-balanced gyroscope rate sensing devices to sense aircraft rate about the main axis. where the gyrotorque feedback current is kept precisely proportional to the sensed aircraft rate, and a precision digital count proportional thereto is desired. The present invention incorporates a digital counting technique that generates a precision digital count that is proportional to the current applied to the torquer. Such counts are generated by using a high frequency clock to quantize a pulse width modulated low frequency square wave proportional to the amplitude of the corresponding gyroscope error signal; Determine the magnitude of the nulling feedback current applied to the gyrotorca coil. Unidirectional digital counters are operated synchronously by the same square wave and use the same high frequency clock to generate the counter clocking frequency so that the counter output corresponds to the current applied to the gyro torquer relative to the reference count. Hence the desired digital number corresponding to the sensing rate. The precision current applied to the gyro torquer is controlled by a VMOS power switching transistor circuit. The adverse effects of excursions associated with the rise and fall of pulse-width modulated square wave currents, especially at the positive and negative extremes, are eliminated by the use of guard band pulse pairs at the beginning and end of the modulator duty cycle; The pulses are used predictively to control the rise and fall of the torquer current and blank the counter to eliminate uncertainty in counting switching times and ensure that irregular torque transients are not applied to the torquer. Assure.
前記のAllenの特許に詳細に記載されているよ
うに、トルカ入力信号はジヤイロピツクオフ信号
に従つて(保護帯域パルスによつて95%と5%の
デユーテイサイクル内で)1/2正極部および1/2負
極部からほぼ全正極部および全負極部まで変化す
る変調パルス幅を有する一連の500ヘルツ電流パ
ルスである。しかしながら、トルカコイルとピツ
クオフコイルの間に不所望のトランス的な結合が
ありこれはジヤイロローターに与えられるべき正
味トルクを発生する際に有害な影響を及ぼすこと
に注意されたい。この正味トルクは零化されてい
る誤つたピツクオフ信号およびローターサスペン
シヨンばね定数および自動排出(風損等)現象の
作用から生じ、これによつて必要でないトルクが
ジヤイロに与えられ従つてレート入力とともに変
化するジヤイロの不所望のドリフトを生じる。さ
らに、トルカコイル間の間隔が狭いため、ジヤイ
ロの各チヤンネルのパルス幅変調器矩形波の立下
りがほぼ同時あるいは同時に非常に近く下降した
場合、一方のピツクオフコイルの変化する磁界は
他方のコイルにトランス結合しよつて入力レート
がある場合歪んだパルス幅波形および不所望のバ
イアスドリフトを発生することに注意されたい。
従つてパルス幅変調トルカ信号を有しているタイ
プのフレクシヤーサスペンデツドジヤイロスコー
プにおいて生じるトランス的な結合を最小限にす
る装置が必要である。 As detailed in the aforementioned Allen patent, the torquer input signal follows the gyroscope off signal (within a 95% and 5% duty cycle by guard band pulses) to 1/ A series of 500 Hertz current pulses with modulated pulse widths varying from 2 positive and 1/2 negative to almost all positive and all negative. However, it should be noted that there is an undesired transformer-like coupling between the torquer coil and the pickoff coil, which has a detrimental effect on developing the net torque to be applied to the gyro rotor. This net torque results from the effects of the erroneous pick-off signal being nulled out and the rotor suspension spring constant and self-evacuation (windage, etc.) phenomena, thereby imparting unnecessary torque to the gyro and thus along with the rate input. This results in undesirable drift of the changing gyro. Furthermore, because of the close spacing between the torquer coils, if the pulse width modulator square wave fall of each channel of the gyro falls at or very close to the same time, the changing magnetic field of one pickoff coil will be transformer coupled to the other coil. Note that the input rate thus produces a distorted pulse width waveform and undesirable bias drift.
Therefore, there is a need for a device that minimizes the transformer-like coupling that occurs in flexure-suspended gyroscopes of the type having pulse-width modulated torquer signals.
発明の要約
パルス幅変調フイードバツクトルカ信号を有し
ている先行技術のフレクシヤーサスペンデツドジ
ヤイロスコープの通常のトルクフイードバツク動
作においては好ましくない誘導、例えばピツクオ
フコイルとトルカコイル間のトランス的結合およ
びトルカコイル自体の間のトランス的結合があ
る。トランス的結合は入力角速度に基く不所望の
間隔の狭いバイアスドリフト出力を発生する。本
発明の装置は好ましくない誘導を最小限にするこ
とによつてこのような不所望のバイアスドリフト
を除去する、また実質的に除去する手段を提供す
る。ピツクオフコイルとトルカコイル間のトラン
ス的結合を最小限にするためピツクオフ励起周波
数はトルカコイル周波数に高調波的に無関係であ
るように選択され、従つて一方の周波数の整数倍
と他方の周波数の間の差は数百ヘルツ程度以上で
ある。間隔の狭いトルカコイル自体の間のトラン
ス的結合を最小にするためにはトルカコイルに印
加されるパルス幅変調信号のパルスの立下りを一
方を他方に対して遅延して前記のトランス的結合
を防止する手段が設けられている。SUMMARY OF THE INVENTION The normal torque feedback operation of prior art flexure-suspended gyroscopes having pulse-width modulated feedback torque signals eliminates undesirable inductions, such as transformer-like coupling between the pickoff coil and the torquer coil; There is a transformer-like coupling between the torque coils themselves. Transformer-like coupling produces undesirably closely spaced bias drift outputs based on input angular velocity. The apparatus of the present invention provides a means for eliminating, and substantially eliminating, such undesired bias drift by minimizing undesired induction. To minimize transformer-like coupling between the pick-off coil and the torquer coil, the pick-off excitation frequency is chosen to be harmonically independent of the torquer coil frequency, so that the difference between an integer multiple of one frequency and the other frequency is It is about several hundred hertz or more. In order to minimize the transformer-like coupling between the narrowly spaced torquer coils themselves, the fall of the pulse of the pulse width modulation signal applied to the torquer coils is delayed from one side to the other to prevent the above-mentioned transformer-like coupling. Means are provided.
好適な実施例の説明
本発明装置は高または低いずれの航続距離モー
ドでも作動可能で航空機レートの精密測定値を発
生し、航空機のデジタルストラツプダウン姿勢お
よび機首方位基準装置において使用するため前記
測定値をデジタルデータに変換するのに使用され
る。このような装置のレートジヤイロスコープは
前記の特許の開示中に記載された一般的な種類の
双軸トルクフイードバツクフレクシヤーサスペン
デツドジヤイロスコープにしてもよく、これらの
明細書は典型的なフレクシヤーレートジヤイロス
コープを開示している。このようなジヤイロスコ
ープは実際はたわみ支持部材によつて自由にサス
ペンデツドされて計器ケーシング内に承軸された
電気モータ駆動軸によつて回転軸まわりに回転す
るジヤイロスコープローターを有していることを
特徴としている。通常の回転軸に垂直な1対の軸
まわりのジヤイロスコープローターの自在傾斜は
たわみ支持部によつて可能になる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The apparatus of the present invention is operable in either high or low range modes to produce precise measurements of aircraft rate, and is suitable for use in an aircraft's digital strap-down attitude and heading reference system. Used to convert values into digital data. The rate gyroscope of such a device may be a twin-axis torque feedback flexure suspended gyroscope of the general type described in the disclosures of the above-mentioned patents; A flexible rate gyroscope is disclosed. Such a gyroscope actually has a gyroscope rotor freely suspended by a flexible support member and rotated about an axis of rotation by an electric motor drive shaft mounted within the instrument casing. It is characterized by Free tilting of the gyroscope rotor about a pair of axes perpendicular to the normal axis of rotation is made possible by the flexure support.
このようなジヤイロスコープ計器には互いに垂
直な慣性軸まわりでその回転軸に対してローター
の角変位を検出する90度離隔された誘導ピツクオ
フの対が通常与えられている。同様に配設された
トルクコイルの共動する直角に離隔された対も通
常設けられている。第1図においてジヤイロスコ
ープとそのコイルを便宜上概略的に示し、トルカ
コイル対は各単トルカコイル34a,34bで、
誘導ピツクオフコイル対は各単ピツクオフコイル
33a,33bで示している。通常例えばピツク
オフコイル33aからの信号はバツフア増幅器3
2aを介して最終的にトルカコイル34aに送つ
て入力レートによつて生じるプリセツシヨン(摂
動)と反対にジヤイロスコープローター41を摂
動させることによつて零に保たれ、こうしてロー
ター41の軸が計器および航空機に付加されてい
るモーターケーシング(図示せず)に実質的に整
合しているように保つ。前記特許に記載されてい
るようにローター41は駆動軸上に融通がきくよ
うに取付けられており、計器ケーシング内部のモ
ーターによつて回転する。同様の態様で直角ピツ
クオフコイル33bから信号はバツフア増幅器3
2bを備えているジヤイロ復原ループを介して最
終的にトルカコイル34bに流れ込んで零化され
る。従つてトルカコイル34aまたは34bのい
ずれかに駆動された電流は航空機自体がその各慣
性軸まわりに対応して回転するにつれてジヤイロ
スコープケーシングが回転されるレートに比例す
ることがわかるだろう。例えばジヤイロスコープ
が固定されている航空機が横揺れするとジヤイロ
スコープローター41は航空機が横揺れしている
のと同じレートで横揺れしているローター41を
摂動させることによつてそのケーシングに対して
実質的に固定して保たれる。従つて対応するトル
カコイル34aまたは34bに流れる電流が正確
に測定されれば例えば航空機の横揺れレートは正
確に測定することができる。 Such gyroscope instruments are usually provided with a pair of 90 degree spaced inductive pickoffs which detect the angular displacement of the rotor relative to its axis of rotation about mutually perpendicular axes of inertia. Cooperative orthogonally spaced pairs of similarly arranged torque coils are also typically provided. In FIG. 1, the gyroscope and its coil are shown schematically for convenience, and the torquer coil pair is each single torquer coil 34a, 34b,
A pair of induction pickoff coils is shown with each single pickoff coil 33a, 33b. Normally, for example, the signal from the pick-off coil 33a is sent to the buffer amplifier 3.
2a and finally to the torquer coil 34a to perturb the gyroscope rotor 41 in opposition to the preset caused by the input rate, so that the axis of the rotor 41 is Remain substantially aligned with a motor casing (not shown) attached to the aircraft. As described in the aforementioned patent, rotor 41 is flexibly mounted on the drive shaft and rotated by a motor within the instrument casing. In a similar manner, the signal from the right angle pick-off coil 33b is sent to the buffer amplifier 3.
It finally flows into the torquer coil 34b through the gyro restoring loop provided with 2b and is zeroed out. It will therefore be seen that the current driven into either torquer coil 34a or 34b is proportional to the rate at which the gyroscope casing is rotated as the aircraft itself rotates correspondingly about its respective axis of inertia. For example, when an aircraft to which a gyroscope is fixed rolls, the gyroscope rotor 41 moves against its casing by perturbing the rolling rotor 41 at the same rate as the aircraft is rolling. and held substantially fixed. Therefore, if the current flowing through the corresponding torquer coil 34a or 34b is accurately measured, for example, the roll rate of an aircraft can be accurately measured.
下記において当業者には2つの慣性軸に各々関
連した制御装置は機能的に全く同じものであるこ
とがわかるだろう。ループ1aを備えているジヤ
イロスコープローター位置復原装置はピツクオフ
コイル33aによつて1つの軸に関して発生され
た傾斜信号を使用して線30aを介して対応する
軸のトルカコイル34aにプリセツシヨン信号を
与える。同様にジヤイロスコープローター復原ル
ープ1bはピツクオフコイル33bによつて直角
軸に関して発生された傾斜信号を使用して線30
bを介して直角軸トルカコイル34bにプリセツ
シヨン信号を与える。2つの共動ループ1aおよ
び1bは同様のものなのでループ1aのみを詳細
に説明すればよいことは明らかであろう。 In the following it will be clear to those skilled in the art that the control devices associated with each of the two axes of inertia are functionally identical. A gyroscope rotor position restoring system comprising loop 1a uses the tilt signal generated for one axis by pickoff coil 33a to provide a preset signal to torquer coil 34a for the corresponding axis via line 30a. Similarly, the gyroscope rotor righting loop 1b uses the tilt signal generated about the orthogonal axis by the pick-off coil 33b to
A preset signal is provided to the right angle shaft torquer coil 34b via the terminal 34b. It will be clear that since the two cooperating loops 1a and 1b are similar, only loop 1a needs to be described in detail.
第1図は本発明を使用している装置の簡素化ブ
ロツク図でこの説明は第2図に関連してさらに述
べるように本発明の詳細を考察する際に重要な補
助となるだろう。ピツクオフコイル33aによつ
て検出される誤差信号はバツフア増幅器32aを
介して復調器2aの1組の入力に結合される。復
調器2aは復調器2bと同様に電源10aから例
えば9.708キロヘルツの周波数を有する定振幅基
準矩形波を与えられこれはピツクオフコイル33
a,33bに対する励起信号でもある。ジヤイロ
駆動モータは400ヘルツ信号源(図示せず)から
駆動してもよい。復調器2aの可変極性直流出力
誤差信号は従来のフイルタおよび波形整形回路3
a、可変利得増幅器6aおよび抵抗42aを介し
て増幅器7aの一方の入力に結合される。同様に
復調器2bの可変極性直流出力誤差信号は同様に
フイルタおよび波形整形回路3b、可変利得増幅
器6bおよび抵抗42bを介して増幅器7bの一
方に結合される。前記の適用において述べたよう
にジヤイロスコープの軸が機軸に対して斜めにな
つて安定度を増大させた場合復調器2a,2bの
誤差信号出力は最初にフイルタおよび波形整形回
路を伴なう従来の交叉軸補償処理を受けることが
できることがわかる。この処理は必ずしも本発明
に関係するものではないので説明しない。例えば
さらにループ1aに関して復調器2aの出力は増
幅器7a、すなわち従来の比較装置として接続さ
れた増幅器の1入力として与えられて第1入力レ
ベルを後述の電源8から抵抗43aを介して増幅
器7aの第2入力に結合される繰返しランプまた
は鋸歯状波電圧の瞬時レベルと比較する。この鋸
歯状波は図の実施例では500ヘルツ繰返し周波数
を有しており概括的に5で示すタイミング回路か
ら与えられる。 FIG. 1 is a simplified block diagram of an apparatus employing the present invention, and this description will be an important aid in discussing the details of the invention as further discussed in connection with FIG. The error signal detected by pickoff coil 33a is coupled to a set of inputs of demodulator 2a via buffer amplifier 32a. Like the demodulator 2b, the demodulator 2a is supplied with a constant amplitude reference rectangular wave having a frequency of, for example, 9.708 kHz from the power supply 10a, and this is applied to the pick-off coil 33.
It is also an excitation signal for a and 33b. The gyro drive motor may be driven from a 400 hertz signal source (not shown). The variable polarity DC output error signal of the demodulator 2a is passed through a conventional filter and waveform shaping circuit 3.
a, is coupled to one input of amplifier 7a via variable gain amplifier 6a and resistor 42a. Similarly, the variable polarity DC output error signal of demodulator 2b is similarly coupled to one of amplifiers 7b via filter and waveform shaping circuit 3b, variable gain amplifier 6b and resistor 42b. As mentioned in the above application, if the gyroscope axis is oblique to the machine axis to increase stability, the error signal output of the demodulators 2a, 2b is first accompanied by a filter and waveform shaping circuit. It can be seen that conventional cross-axis compensation processing can be applied. This process is not necessarily related to the present invention and will not be described. For example, further with respect to loop 1a, the output of demodulator 2a is provided as one input of amplifier 7a, ie, an amplifier connected as a conventional comparator, and the first input level is transmitted from power supply 8 (described later) via resistor 43a to the first input level of amplifier 7a. Compare the instantaneous level of a repeating ramp or sawtooth voltage coupled to two inputs. This sawtooth wave has a 500 hertz repetition frequency in the illustrated embodiment and is provided by a timing circuit generally designated 5.
比較装置7aの出力はフイードバツク抵抗44
a、コンデンサ40bと抵抗41bを有している
新規補償回路、およびパルス変調器9aに結合さ
れ、該変調回路はタイミング回路5の端子10b
に結合されたクロツク源(図示せず)からも与え
られる。図の実施例においてクロツクパルスは
100キロヘルツの速度で与えられ後により詳細に
述べるようにパルス幅変調矩形波を量子化するの
に使用される。回路9aの出力は2つの目的のた
め作動する。この出力は線14aを介してここで
はH切替装置として表わす切替装置17aに直接
与えられ、この信号は号切替装置17aを構成し
ている個々の素子スイツチの導電および非導電状
態を決定する。H切替装置17aおよび17bは
単方向電圧源(図示せず)に結合された適当な基
準入力16aおよび16bを与えられ、該電圧源
は線14a上の信号の制御下でジヤイロトルカコ
イル34aおよび34bに印加されるべきトルク
電流源を与える。 The output of the comparator 7a is the feedback resistor 44.
a, a novel compensation circuit comprising a capacitor 40b and a resistor 41b, and a pulse modulator 9a, which modulation circuit is connected to terminal 10b of timing circuit 5.
It is also provided by a clock source (not shown) coupled to the clock. In the embodiment shown, the clock pulse is
It is applied at a rate of 100 kilohertz and is used to quantize a pulse width modulated square wave as described in more detail below. The output of circuit 9a serves two purposes. This output is applied directly via line 14a to a switching device 17a, here designated as an H switching device, and this signal determines the conducting and non-conducting states of the individual element switches making up the signal switching device 17a. The H-switching devices 17a and 17b are provided with suitable reference inputs 16a and 16b coupled to a unidirectional voltage source (not shown) which, under control of the signal on line 14a, connects the gyrotorque coil 34a and Provides a torque current source to be applied to 34b.
パルス幅変調器9aの出力はカウンタ―デコー
ダ21aにも与えられ、該カウンタ―デコーダの
第2入力はタイミング回路5のカウンタ制御装置
20からカウンタ制御パルスを与えられる。カウ
ンタ21aはループ1aのアナログレート信号に
対応する量子化パルスを周期的に計数し例えばカ
ウンタ21aの出力を結合された従来のデジタル
計算機(図示せず)内に計算機入力インタフエー
スによつて制御されるように入れるためそのよう
なデータを保持している。カウンタ21aは簡単
な単方向カウンタでありクロツクパルスは後述の
ように量子化された矩形波の正の部分の間のみ計
数されることに注意されたい。こうして鋸歯状デ
ユーテイサイクルを表わす全カウントの半分に対
応する端子22a上の基準カウントはカウンタ―
デコーダ21aに与えられ、測定されたカウント
は基準カウントから減算されて感知された航空機
レートに比例するカウントを発生する。別の方法
としてはカウンタ―デコーダ21aのデコーダ部
分は本発明の動作のレート航続距離モードを決定
するのに使用される。 The output of the pulse width modulator 9a is also provided to a counter-decoder 21a, the second input of which is provided with counter control pulses from the counter controller 20 of the timing circuit 5. Counter 21a periodically counts the quantized pulses corresponding to the analog rate signal of loop 1a and is controlled by a computer input interface, e.g., in a conventional digital computer (not shown) coupled to the output of counter 21a. Such data is retained for future reference. Note that counter 21a is a simple unidirectional counter and the clock pulses are counted only during the positive portion of the quantized square wave as described below. Thus, the reference count on terminal 22a, which corresponds to half of the total count representing the sawtooth duty cycle, is the counter
Applied to decoder 21a, the measured count is subtracted from a reference count to produce a count proportional to the sensed aircraft rate. Alternatively, the decoder portion of counter-decoder 21a is used to determine the rate range mode of operation of the present invention.
本発明によれば、500ヘルツデユーテイサイク
ルに同期したパルス源15からの保護帯域パルス
を発生してH切替装置17aおよびそれによつて
与えられる電流の精密制御およびカウンタ21a
に与えられる量子化パルスの対応する精密制御を
行なう。それらのパルスはそうしなければトルカ
電流の有限立上りおよび立下り時間および可能な
オーバシユート特性に関連する不正確さに対して
補償しカウンタに与えられるパルスがジヤイロト
ルカに印加される実効電流を忠実に表わすことを
確実にするのに使用される。保護帯域パルスを含
めることによつて500ヘルツデユーテイサイクル
に同期した寺間間隔が与えられ、その間カウンタ
内容に応答するデコーダ21aによつて制御ルー
プが低レートモードから高レートモードに切替わ
るべきかあるいはその逆かが決定されこれは次い
で高電流源または低電流源のいずれかH切替装置
17aによつて切替えられるかを決定する。これ
は第1図においてカウンタ―デコーダ21aを接
続して高/低モード指令をH切替装置に与える線
19aによつて概略的に示されている。また線1
9a上の高/低信号は可変利得増幅器6aを介し
てジヤイロピツクオフ信号の利得を制御して総合
閉ループ利得およびループ安定が両方の動作モー
ドで同じに保たれることも確実にする。 According to the present invention, guard band pulses from pulse source 15 synchronized to a 500 Hertz duty cycle are generated to provide precise control of the current provided by H-switching device 17a and counter 21a.
A corresponding fine control of the quantization pulses applied to the quantization pulses is performed. These pulses compensate for inaccuracies otherwise associated with the finite rise and fall times and possible overshoot characteristics of the torquer current, and ensure that the pulses applied to the counter faithfully represent the effective current applied to the gyro torquer. used to ensure that. The inclusion of guard band pulses provides a synchronized interval to the 500 Hertz duty cycle during which the control loop should switch from low rate mode to high rate mode by decoder 21a responsive to the counter contents. or vice versa, which in turn determines whether the high current source or the low current source is switched by the H switching device 17a. This is illustrated schematically in FIG. 1 by line 19a connecting counter decoder 21a and providing a high/low mode command to the H switching device. Also line 1
The high/low signal on 9a also controls the gain of the gyroscope off signal via variable gain amplifier 6a to ensure that the overall closed loop gain and loop stability remain the same in both modes of operation.
ピツクオフコイル33bおよびトルカコイル3
4bに関連したループ1bはジヤイロローター4
1とその共動に関してループ1a、ピツクオフコ
イル33aおよびトルカコイル34aに関連した
ものと構成および動作において実質的に同一であ
り従つてさらに詳細な説明を必要としないことは
明らかだろう。例えばH切替装置17bは線14
bおよび19b上の信号によつて制御され後者は
低航続距離または高航続距離トルク信号のいずれ
がトルカコイル34bに印加されるかを決定す
る。またカウンタ―デコーダ21はループ1bの
アナログレート信号に対応するカウントを周期的
に集積し該てカウントを累積し航空機の安定化、
制御、航法または誘導において従来のように使用
するためそのカウントをレート航続距離デコーデ
イングしてデジタル計算機または他のデータ処理
装置に送る。 Pick-off coil 33b and torquer coil 3
The loop 1b associated with 4b is the gyro rotor 4
1 and its cooperation are substantially identical in construction and operation to those associated with loop 1a, pick-off coil 33a and torquer coil 34a, and therefore require no further detailed explanation. For example, the H switching device 17b
b and 19b, the latter determining whether a low range or high range torque signal is applied to torquer coil 34b. Further, the counter decoder 21 periodically accumulates the counts corresponding to the analog rate signal of the loop 1b, and accumulates the counts to stabilize the aircraft.
The counts are rate range decoded and sent to a digital computer or other data processing device for conventional use in control, navigation or guidance.
前述のように低航続距離は正常モードである。
H切替装置の対角的に対向するスイツチ素子は線
14aおよび14b上の信号によつて制御される
ようにパルス幅変調矩形波の各正および負の領域
に従つて同時にかつ瞬間的に開閉する。例えば比
較増幅器7aに対する入力レート信号が零の場合
H切替装置17aの対角的に対向するスイツチは
等しい長さの時間導電および非導電状態になる。
従つてジヤイロトルカ34aに与えられる正味ト
ルクは零になる。 As mentioned above, low cruising range is the normal mode.
The diagonally opposite switch elements of the H-switcher open and close simultaneously and instantaneously according to each positive and negative region of the pulse width modulated square wave as controlled by the signals on lines 14a and 14b. . For example, if the input rate signal to comparison amplifier 7a is zero, diagonally opposite switches of H-switching device 17a will be in a conducting and non-conducting state for equal lengths of time.
Therefore, the net torque applied to the gyro torquer 34a becomes zero.
前記Allenの特性に詳述されているようにトル
カ入力信号はジヤイロピツクオフ信号に従つて
(保護帯域パルスによつて90%と10デユーテイサ
イクル内で)1/2正極部および1/2負極部からほぼ
全正極部および全負極部まで変化する幅を有して
いる1連の500ヘルツ電流パルスである。ピツク
オフ信号の周波数がトルカ周波数の整数倍である
ときトルカコイル34a,34bおよびピツクオ
フコイル33a,33bの間で高調波トランス的
な結合があることがわかつた。さらにトルカコイ
ル34a,34bが近接していることがそれら自
体の間のトランス的結合を生じる。トルカコイル
34a,34bからピツクオフコイル33a,3
3bへの高調波トランス的結合はジヤイロロータ
ー41に与えられるべき正味トルクを発生する際
に有害な影響を及ぼし、これは零化されている誤
つたピツクオフ信号とローターサスペンシヨンば
ね定数および自動排出現象の作用から生じる。従
つて必要でないトルクがジヤイロローター41に
与えられ従つてレート入力とともに変化する不所
望のジヤイロのドリフトを発生する。トルカコイ
ル34a,34bおよびピツクオフコイル33
a,33bの間の高調波トランス的結合およびト
ルカコイル自体間のトランス的結合は第1図にお
いて点線の矢印で表わす。トルカコイル34a,
34bおよびピツクオフコイル33a,33bが
近接していることおよびフレクシヤーサスペンデ
ツドジヤイロスコープの寸法が非常に小さいこと
によつて、他の場合であればトランス的結合を緩
和することのできる遮蔽を試みることが物理的に
不可能になる。 As detailed in the above Allen characteristic, the torquer input signal follows the gyroscope off signal (within 90% and 10 duty cycles by guard band pulses) to 1/2 positive and 1 A series of 500 Hertz current pulses with widths varying from /2 negative to nearly all positive and all negative. It has been found that when the frequency of the pick-off signal is an integral multiple of the torquer frequency, there is a harmonic transformer-like coupling between the torquer coils 34a, 34b and the pick-off coils 33a, 33b. Furthermore, the close proximity of torquer coils 34a, 34b creates a transformer-like coupling between themselves. From the torquer coils 34a, 34b to the pick-off coils 33a, 3
The harmonic transformer-like coupling to 3b has a detrimental effect on generating the net torque to be applied to the gyro rotor 41, which is nullified by the erroneous pick-off signal and the rotor suspension spring constant and automatic discharge. arises from the action of phenomena. Therefore, unnecessary torque is imparted to the gyro rotor 41, thus creating an undesirable gyro drift that varies with rate input. Torque coils 34a, 34b and pick-off coil 33
The harmonic transformer-like coupling between a and 33b and the transformer-like coupling between the torquer coils themselves are represented by dotted arrows in FIG. Torca coil 34a,
34b and pick-off coils 33a, 33b and the very small dimensions of the flexure-suspended gyroscope attempt to provide shielding that may otherwise alleviate transformer-like coupling. becomes physically impossible.
しかしながらトルカコイル34a,34bおよ
びピツクオフコイル33a,33bの間の上述の
高調波結合はトルカ励起信号あるいはピツクオフ
励起信号の周波数をそれらの間に実効的な高調波
関係がないように選択することによつて有効的に
除去することができる。本実施例においてはピツ
クオフ励起信号はトルカ励起信号の周波数の所望
の非整数倍である周波数を有するように選択され
ている。好ましくはトルカ周波数の整数倍および
ピツクオフ周波数の間の差は数百ヘルツ程度以上
である。 However, the harmonic coupling described above between the torquer coils 34a, 34b and the pickoff coils 33a, 33b can be effected by selecting the frequencies of the torquer excitation signal or the pickoff excitation signal such that there is no effective harmonic relationship between them. can be removed. In this embodiment, the pickoff excitation signal is selected to have a frequency that is a desired non-integer multiple of the frequency of the torquer excitation signal. Preferably, the difference between an integer multiple of the torquer frequency and the pickoff frequency is on the order of several hundred hertz or more.
従つて第1図の装置の動作は第3図の高周波主
クロツク装置50によつて制御することができ、
装置の種々の構成要素が必要とする種々の周波数
は従来の分周回路51,52を使用して主クロツ
ク周波数を分周することによつて発生される。第
3図に示すように主クロツク装置50は4メガヘ
ルツで作動し500ヘルツのトルカ周波数は分周器
51によつて8000で分周することによつて発生さ
れる。先行技術のAllenの特許においてはピツク
オフ励起信号の周波数は500ヘルツのトルカ周波
数の整数倍である10キロヘルツであることに注意
されたい。しかしながら本発明においてはピツク
オフ励起信号の周波数は分周器51によつて4メ
ガヘルツ主クロツク周波数を412で分周すること
によつて発生される約9.708キロヘルツになるよ
うに選択される。さらに9.708キロヘルツは復調
器2aおよび2bに対する基準周波数としても使
用されることに注意されたい。先行技術において
500ヘルツトルカ矩形波の復調器2aおよび2b
への高調波結合はピツクオフ出力信号が復調器出
力にバイアスを発生するようにさせ、これはフイ
ードバツクループを介してその出力を零に駆動す
る傾向があつた。この復調器出力の零化はジヤイ
ロ上の対応する定常トルクおび入力角速度に基い
た結果のバイアスドリフトを発生した。しかしな
がらピツクオフおよび復調器励起周波数として
9.708キロヘルツを選択することによつてトルカ
コイル34a,34bおよびピツクオフコイル3
3a,33bの間の誘導またはトランス結合に関
連したこれらの不所望のバイアスドリフト効果が
除去される。 The operation of the device of FIG. 1 can therefore be controlled by the high frequency main clock device 50 of FIG.
The various frequencies required by the various components of the system are generated by dividing the main clock frequency using conventional frequency divider circuits 51 and 52. As shown in FIG. 3, the main clock unit 50 operates at 4 MHz and the 500 Hz torquer frequency is generated by dividing by 8000 by frequency divider 51. Note that in the prior art Allen patent, the frequency of the pick-off excitation signal is 10 kilohertz, which is an integer multiple of the 500 hertz torquer frequency. However, in the present invention, the frequency of the pickoff excitation signal is selected to be approximately 9.708 kHz, which is generated by frequency divider 51 by dividing the 4 MHz main clock frequency by 412. Note also that 9.708 kilohertz is also used as the reference frequency for demodulators 2a and 2b. in prior art
500 hertz torquer square wave demodulators 2a and 2b
The harmonic coupling to caused the pickoff output signal to generate a bias at the demodulator output, which tended to drive that output to zero via the feedback loop. This zeroing of the demodulator output produced a resulting bias drift based on the corresponding steady state torque and input angular velocity on the gyro. However, as the pickoff and demodulator excitation frequency
By selecting 9.708 kHz, the torquer coils 34a, 34b and the pick-off coil 3
These undesired bias drift effects associated with inductive or transformer coupling between 3a, 33b are eliminated.
前述のようにローターシエルおよびガスを介し
てトルカコイル34a,34b間にもトランス的
な結合がある。この第2のトランス結合の原因は
トルカコイル34a,34bが近接していること
および正確に整形されたパルス幅変調トルカ信号
に起因すると言える。Allenの特許で説明されて
いるようにパルス幅変調フイードバツクまたは再
平衡トルカ信号は本質的にH切替装置17a,1
7bを介してジヤイロピツクオフ信号に従つて5
%と95%のデユーテイサイクルの間でそのパルス
幅が変化する非常に正確な整形された矩形波電流
パルスである。さらに、これらのパルスは共通論
理回路から発生されるため各トルカコイル34a
34bに印加されるパルスの立上りは常に正確に
同時に上昇する。しかしながらそれらの立下りは
ピツクオフ信号に基く可変時間で下降する。 As mentioned above, there is also a transformer-like coupling between the torquer coils 34a and 34b via the rotor shell and gas. This second transformer coupling can be attributed to the proximity of the torquer coils 34a, 34b and the precisely shaped pulse width modulated torquer signal. As described in the Allen patent, the pulse width modulated feedback or rebalanced torquer signal is essentially a H switching device 17a, 1.
5 according to the gyroscope off signal via 7b.
It is a very precise shaped square wave current pulse whose pulse width varies between % and 95% duty cycle. Furthermore, since these pulses are generated from a common logic circuit, each torquer coil 34a
The rises of the pulses applied to 34b always rise exactly at the same time. However, their falls occur at variable times based on the pickoff signal.
Aチヤンネルピツクオフコイル33aはAチヤ
ンネルトルカコイル34aを付勢しBチヤンネル
ピツクオフコイル33bはBチヤンネルトルカコ
イル34bを付勢することに注意されたい。しか
しながら従来のジヤイロプリセツシヨン理論によ
ればジヤイロのX軸まわりのローター41の傾斜
によつて発生されるピツクオフ信号を零化するた
めローターはジヤイロのY軸まわりにトルクされ
なければならないことを理解されたい。 Note that the A channel pickoff coil 33a energizes the A channel torquer coil 34a and the B channel pickoff coil 33b energizes the B channel torquer coil 34b. However, conventional gyro preset theory states that the rotor must be torqued about the gyro's Y-axis in order to nullify the pick-off signal generated by the tilt of the rotor 41 about the gyro's X-axis. I want to be understood.
時にはAおよびB電流パルス幅は全く異なり、
すなわちパルス立下りが同時に下降しない、つま
りそれらの立下りが時間的に重複しない。従つて
例えばBトルカ矩形波の立下りが下降している際
Aトルカ矩形波は完全に正または完全に負であ
る。古典的なトランス理論によればBトルカコイ
ル34bの変化する電流はその最大電流を既に流
しているためAトルカコイル34aに結合しな
い。しかしながら航空機のロールおよびピツチ角
速度の他の組合せではAおよびB矩形波の立下り
はともに非常に近接して下降するか重複する。こ
れが生じる際トルカコイル34a,34bの電流
の変化によつて発生される磁界は一方のトルカコ
イルから他方に相互結合してそのいずれか一方に
パルスの立上りの間誘起される大きさが等しく方
向が反対の電流によつて補償されない電流を誘起
し従つてジヤイロバイアスドリフトレートを取り
込まれる。すなわちパルス波形が歪む。本発明は
これらの不所望のトルカコイル相互結合効果を克
服し従つて入力角速度に基く結果のジヤイロバイ
アスドリフトを除去する。基本的にはこれは両方
の立下りが同じ時間あるいはそよそ同じ時間に常
に生じるのを故意に妨げることによつて行なわれ
る。これは一方のパルスの立下り遷移の開始を検
出し即座に他方の遷移の開始を遅延することによ
つて行なわれる。遅延量は正常なパルス立下り遷
移時間にほぼ等しい。 Sometimes the A and B current pulse widths are quite different,
That is, the pulse edges do not fall at the same time, that is, the pulse edges do not overlap in time. Therefore, for example, when the falling edge of the B torquer square wave is falling, the A torquer square wave is completely positive or completely negative. According to classical transformer theory, the changing current in the B torquer coil 34b does not couple to the A torquer coil 34a because its maximum current is already flowing. However, for other combinations of aircraft roll and pitch angular velocity, the falls of the A and B square waves both fall very close together or overlap. When this occurs, the magnetic field generated by the change in current in the torquer coils 34a, 34b is mutually coupled from one torquer coil to the other so that the magnetic field induced in either one during the rise of the pulse is equal in magnitude and opposite in direction. The current induces a current that is not compensated for by the current and thus introduces a gyro bias drift rate. In other words, the pulse waveform is distorted. The present invention overcomes these undesirable torquer coil cross-coupling effects and thus eliminates the resulting gyro bias drift based on input angular velocity. Essentially this is done by deliberately preventing both falling edges from always occurring at or about the same time. This is done by detecting the beginning of the falling transition of one pulse and immediately delaying the beginning of the other transition. The amount of delay is approximately equal to the normal pulse falling transition time.
第1図は先行技術のトルク再平衡装置に付加さ
れる新規のパルス幅変調補償回路の1実施例を示
し、第2図はこれらの回路の付加に関連したパル
ス幅変調波形を示す。第1図に示しまた先行技術
のAllenの特許に記載されているように鋸歯状波
電圧は比較増幅器7aおよび7bに印加され該増
幅器には復調ジヤイロピツクオフ信号も与えられ
る。差し当つてジヤイロのAチヤンネルのみを考
察し第1図および第2図を参照して航空機はピツ
クオフコイル33aによつて信号を発生させる方
向で旋回レートを経験していると仮定する。復調
器2aおよび増幅器6aはこの信号に応答して作
動して高利得比較増幅器7aの上に入力で有限正
直流信号を発生する。増幅器7aの下の入力の鋸
歯状波電圧がピツクオフ信号に等しい値まで増加
した場合増幅器7aはパルス幅変調器9aに大き
な切替電圧を出力する。Allenの特許に記載され
ているようにこれによつてH切替装置17aを介
してAチヤンネルトルカコイル34aに対する比
例電流パルス幅信号(周波数500ヘルツ)および
ジヤイロローター41上の合成比例トルクおよび
ピツクオフ信号を低減する方向のその合成プリセ
ツシヨンが生じる。誤差信号が零に向かつて低減
するにつれて正パルス幅は零ピツクオフ信号でト
ルカコイルが再び一方向で半分反対方向で半分と
なりジヤイロローター41上で零正味トルクにな
るまで漸進的に狭くなる。航空機がジヤイロのA
軸まわりで旋回レートを経験する際にも同じ動作
を生じる。両トルカ信号は共通の鋸歯状基準電圧
源8から発生されることに注意されたい。 FIG. 1 shows one embodiment of novel pulse width modulation compensation circuits added to a prior art torque rebalancing device, and FIG. 2 shows the pulse width modulation waveforms associated with the addition of these circuits. As shown in FIG. 1 and described in the prior art Allen patent, a sawtooth voltage is applied to comparator amplifiers 7a and 7b which also provide a demodulated gyroscope off signal. For now, considering only the A channel of the gyro and referring to FIGS. 1 and 2, it is assumed that the aircraft is experiencing a turn rate in the direction that causes the signal to be generated by the pick-off coil 33a. Demodulator 2a and amplifier 6a operate in response to this signal to generate a finite direct current signal at the input onto high gain comparison amplifier 7a. When the sawtooth voltage at the input below amplifier 7a increases to a value equal to the pickoff signal, amplifier 7a outputs a large switching voltage to pulse width modulator 9a. As described in the Allen patent, this provides a proportional current pulse width signal (500 hertz frequency) to the A channel torquer coil 34a via the H switching device 17a and a resultant proportional torque and pick-off signal on the gyro rotor 41. The result is a synthetic preset that tends to reduce . As the error signal decreases toward zero, the positive pulse width becomes progressively narrower until a zero pick-off signal causes the torquer coil to again be half in one direction and half in the opposite direction, resulting in zero net torque on the gyro rotor 41. The aircraft is A
The same motion occurs when experiencing a rate of rotation about an axis. Note that both torquer signals are generated from a common sawtooth reference voltage source 8.
前述のように500ヘルツトルカ電流パルスの立
下りがおよそ同じ時間に下降する場合、すなわち
パルス下降時間に重複がある場合はトルカコイル
34a,34bいずれかに対するフアースト―フ
オール立下り電流はトランスタイプすなわち相互
インダクタンス結合を介して他方のトルカのコイ
ルに結合し、従つてその立下り電流が下降し始め
ると結合電流は後者を変更しよつてその中の正味
電流を有効に増加または減少させることがわかつ
ている。逆に第2立下り電流は相互関係によつて
フアースト―フオール端の形状を変更する。明ら
かに多数のこのような増加したパルスサイクルは
ジヤイロローター41上の誤つた正味トルクおよ
び不所望のバイアスドリフト誤りを生じる。この
現象は約±5゜/秒までの一方または両方の軸まわ
りの低入力角速度の間特に顕著である。 As mentioned above, if the falling edges of the 500 Hz torquer current pulses fall at approximately the same time, that is, if there is an overlap in the pulse falling time, the first-four falling current to either the torquer coils 34a or 34b is of the transformer type, that is, mutual inductance coupling. to the coil of the other torquer, so that when its trailing current begins to fall, the coupled current changes the latter, effectively increasing or decreasing the net current therein. Conversely, the second falling current changes the shape of the first-fall end depending on the mutual relationship. Obviously, a large number of such increased pulse cycles will result in an erroneous net torque on the gyro rotor 41 and an undesirable bias drift error. This phenomenon is particularly pronounced during low input angular velocities about one or both axes up to about ±5°/sec.
本発明は立下りが重複しないようにすることに
よつてこの好ましくない結合を防止する。再び第
1図および第2図において、ジヤイロピツクオフ
信号電圧および鋸歯状波電圧に応答する比較増幅
器7aおよび7bは従来の高利得装置であつて、
本質的に鋸歯状波信号がピツクオフ誤差信号より
も正になつた時常にそれらの出力で比較的大きな
負電圧を与える切替装置として作動することを想
定されたい。本発明によればいずれかのチヤンネ
ルのいずれかの比較増幅器7a,7bの出力から
この直流電圧はパルス形成回路等の結合回路手段
を介して他方のチヤンネルの鋸歯状波入力に相互
に与えられる。好ましくは結合回路はコンデンサ
40a,40bおよび抵抗41a,41b等の直
列接続コンデンー抵抗を備えている微分回路を備
えている。結合回路手段は可変幅矩形波の立下り
の正常下降時間にほぼ等しい時間幅を有している
言わばブランキングパルスを発生するように設計
されている。 The present invention prevents this undesirable coupling by ensuring that the falling edges do not overlap. Referring again to FIGS. 1 and 2, comparator amplifiers 7a and 7b responsive to the gyro pick-off signal voltage and the sawtooth voltage are conventional high gain devices;
It is envisioned that the sawtooth signals essentially operate as switching devices that provide relatively large negative voltages at their outputs whenever they become more positive than the pickoff error signal. According to the invention, this DC voltage from the output of either comparison amplifier 7a, 7b of either channel is mutually applied to the sawtooth wave input of the other channel via coupling circuit means such as a pulse forming circuit. Preferably, the combination circuit comprises a differentiator circuit comprising a series connected capacitor resistor such as capacitors 40a, 40b and resistors 41a, 41b. The coupling circuit means is designed to generate a so-called blanking pulse having a time width approximately equal to the normal falling time of the falling edge of the variable width square wave.
ジヤイロのチヤンネル間で相互に与えられるこ
のパルスの効果を第2図に概略的に示す。Aチヤ
ンネル比較増幅器7aが最初にオンになると仮定
すると(回路公差および正常な装置動作によつて
2つの比較装置に正確に同じ瞬間にオンになる可
能性は非常に小さい)その直流出力はその交叉軸
回路を介して印加されそこからの結果の直流パル
ス出力はパルスの時間幅の間比較装置入力で鋸歯
状波電圧を低減する方向で増幅器7bの鋸歯状波
入力に印加される。従つて比較増幅器7bの出力
に遅延され次いでその結果の電流の矩形波立下り
の下降は抑制されAチヤンネル矩形波の変化する
電流がBチヤンネルトルカコイル34bに結合す
るのを防止する。Bチヤンネル波の立下りが最初
に生じる場合にもこの同じ動作が生じる。当業者
には第2図の波形は非常に誇張されており実際に
はジヤイロピツクオフ信号は図に示すほど鋸歯状
波周波数に対して迅速に変化しないことがわかる
だろう。例えば一実施例においては鋸歯状波は毎
秒500サイクルで変化するのに対しジヤイロ信号
は通常毎秒数サイクルで変化する。 The effect of this pulse applied mutually between the channels of the gyro is shown schematically in FIG. Assuming that the A channel comparator amplifier 7a is turned on first (the chances of it turning on at exactly the same moment in two comparators due to circuit tolerances and normal device operation are very small), its DC output will be The resulting DC pulse output from and applied through the axis circuit is applied to the sawtooth input of amplifier 7b in a direction that reduces the sawtooth voltage at the comparator input during the time width of the pulse. The output of comparison amplifier 7b is therefore delayed and the fall of the resulting rectangular wave current is suppressed to prevent the changing current of the A channel square wave from coupling to B channel torquer coil 34b. This same behavior occurs when the falling edge of the B channel wave occurs first. Those skilled in the art will appreciate that the waveforms in FIG. 2 are greatly exaggerated and that in reality the gyroscope off signal does not change as quickly with sawtooth frequency as shown. For example, in one embodiment, the sawtooth wave changes at 500 cycles per second, whereas the gyroscope signal typically changes at a few cycles per second.
本発明を好適な実施例に関連して開示したが他
の実施例も当業者によつて有用と考えられること
もあるだろう。例えばアナログ技術によつてブラ
ンキングパルスを発生する代わりにデジタルカウ
ンタ技術によつて発生することもできる。比較増
幅器の出力はデジタルカウンタを始動させ該カウ
ンタは所定数のクロツクサイクルを通してカウン
トして所望の遅延時間を発生する。またAおよび
Bチヤンネルパルス幅変調器が共通の鋸歯状波源
から同期して制御される代わりに両チヤンネルを
同一の周波数の適当に位相変位された鋸歯状波に
よつて制御してもよい。 Although the invention has been disclosed in conjunction with a preferred embodiment, other embodiments may be found useful by those skilled in the art. For example, instead of generating the blanking pulses using analog technology, they can also be generated using digital counter technology. The output of the comparator amplifier starts a digital counter which counts through a predetermined number of clock cycles to generate the desired delay time. Also, instead of the A and B channel pulse width modulators being controlled synchronously from a common sawtooth source, both channels may be controlled by suitably phase shifted sawtooth waves of the same frequency.
本発明をその好適な実施例において説明したが
使用した用語は説明のためで限定するものではな
く広い見地から本発明の真の範囲と精神から逸脱
することなく特許請求の範囲内で変更例が可能で
あることを理解されたい。 Although the invention has been described in its preferred embodiment, the terminology used is intended to be descriptive and not limiting, and it is to be understood that modifications may be made within the scope of the claims without departing from the true scope and spirit of the invention. I hope you understand that it is possible.
第1図は本発明の改良されたパルス幅変調トル
ク再平衡装置を備えている通常の双軸トルク再平
衡レートジヤイロスコープのブロツク図でその基
本的構成要素およびそれらの電気的相互接続を示
し、第2図は本発明装置の動作を説明する際に有
用な関係する電気的波形のグラフ図、第3図は第
1図の装置と共に使用されるクロツク回路のブロ
ツク図である。
図中、1a,1b…ジヤイロスコープローター
復原ループ、2a,2b…復調器、3a,3b…
フイルタおよび波形整形回路、5…タイミング回
路、6a,6b…可変利得増幅器、7a,7b…
比較増幅器、9a,9b…パルス幅変調器、17
a,17b…切替装置、21a,21b…カウン
タ―デコーダ、32a,32b…バツフア増幅
器、33a,33b…ピツクオフコイル、34
a,34b…トルカコイル、41…ジヤイロスコ
ープローター、50…高周波主クロツク装置、5
1,52…分周回路。
FIG. 1 is a block diagram of a conventional twin-axis torque rebalancing rate gyroscope equipped with the improved pulse width modulated torque rebalancing device of the present invention, showing its basic components and their electrical interconnections. 2 is a graphical representation of relevant electrical waveforms useful in explaining the operation of the apparatus of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram of a clock circuit for use with the apparatus of FIG. In the figure, 1a, 1b... gyroscope rotor restoring loop, 2a, 2b... demodulator, 3a, 3b...
Filter and waveform shaping circuit, 5... Timing circuit, 6a, 6b... Variable gain amplifier, 7a, 7b...
Comparison amplifier, 9a, 9b...Pulse width modulator, 17
a, 17b...Switching device, 21a, 21b...Counter decoder, 32a, 32b...Buffer amplifier, 33a, 33b...Pick-off coil, 34
a, 34b... Torque coil, 41... Gyroscope rotor, 50... High frequency main clock device, 5
1, 52... Frequency dividing circuit.
Claims (1)
答して上記回転軸に垂直な1対の互に垂直な感知
軸まわりに自由に傾斜するように適合した自由ロ
ーターと、それに接続された交流基準源を有して
おり上記ローターに結合されて上記感知軸まわり
のローターの傾斜を検出しそれに従つて対応する
交流電気信号を与えるピツクオフコイル手段と、
同じく上記ローターに結合されて上記ピツクオフ
信号に比例する交流電流に従つてそれにトルクを
与えて上記ピツクオフ信号を零に低減しそれによ
つてトルカ電流が上記航空機の旋回運動に比例す
るようにするトルカコイル手段とを備えている少
なくとも1つのトルク再平衡2自由度ジヤイロス
コープを備えている航行可能な航空機用のジヤイ
ロスコープ基準装置において、隣接する軸まわり
で有効なトルカコイル間の電磁結合に対して補償
する装置は上記ピツクオフ信号および鋸歯状基準
電圧に応答して対応するほぼ矩形波の電流パルス
列を上記トルカコイル手段の各々の1つに与える
比較手段を備えているパルス幅制御手段とを備え
上記パルス列の上記矩形波の各々は上記ピツクオ
フ信号の振幅に従つて発生時間が変化し得る1つ
の端を有しており、かつ上記比較手段の各々に応
答して上記各矩形波パルス列の上記時間変化する
1つの端が実質的に一致するのを防止する回路手
段とを備えていることを特徴とするトルクフイー
ドバツク制御装置。 2 特許請求の範囲第1項に記載の装置におい
て、上記矩形波トルカパルス列の周波数の整数倍
は実質的な量だけ上記ピツクオフ基準源の周波数
と異なりよつて隣接するピツクオフコイルおよび
トルカコイルの間の電磁結合を防止することを特
徴とする上記装置。 3 特許請求の範囲第1項に記載の装置におい
て、上記回路手段は時間的に最初に発生するその
比較手段の出力に応答して他方の上記比較手段の
出力を所定時間遅延する手段を備えていることを
特徴とする上記装置。 4 特許請求の範囲第3項に記載の装置におい
て、上記回路手段はコンデンサ手段を備えている
ことを特徴とする上記装置。 5 特許請求の範囲第3項に記載の装置におい
て、上記回路手段は抵抗一容量回路手段を備えて
いることを特徴とする上記装置。 6 特許請求の範囲第5項に記載の装置におい
て、上記抵抗一容量回路は直列接続コンデンサお
よび抵抗手段を備えていることを特徴とする上記
装置。Claims: 1. a free rotor rotating about an axis of rotation and adapted to tilt freely about a pair of mutually perpendicular sensing axes perpendicular to the axis of rotation in response to turning motion of the aircraft; pick-off coil means coupled to said rotor having an alternating current reference source connected thereto to detect tilt of the rotor about said sensing axis and provide a corresponding alternating current electrical signal accordingly;
torquer coil means also coupled to said rotor for imparting a torque thereon in accordance with an alternating current proportional to said pick-off signal to reduce said pick-off signal to zero so that the torquer current is proportional to the turning motion of said aircraft; in a gyroscope reference device for a navigable aircraft comprising at least one torque rebalancing two-degree-of-freedom gyroscope, comprising: compensating for electromagnetic coupling between torquer coils effective about adjacent axes; and pulse width control means comprising comparison means responsive to said pick-off signal and sawtooth reference voltage for providing a corresponding substantially square wave current pulse train to one of each of said torquer coil means. Each of said square waves has one end whose occurrence time can vary according to the amplitude of said pick-off signal, and said time varying one end of said respective square wave pulse train is responsive to each of said comparison means. and circuit means for preventing two ends from substantially coincident. 2. The apparatus of claim 1, wherein an integer multiple of the frequency of said square wave torquer pulse train differs from the frequency of said pickoff reference source by a substantial amount to reduce electromagnetic coupling between adjacent pickoff coils and torquer coils. The above device is characterized in that it prevents. 3. The device according to claim 1, wherein the circuit means includes means for delaying the output of the other comparing means for a predetermined period in response to the output of the comparing means occurring first in time. The above device characterized in that: 4. The device according to claim 3, wherein the circuit means comprises capacitor means. 5. The device according to claim 3, wherein the circuit means comprises a resistor-capacitor circuit means. 6. The device according to claim 5, wherein the resistor-capacitance circuit comprises a series-connected capacitor and resistor means.
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